Кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы» (УМЗМ), доцент кафедры обработки металлов давлениемВлияние температуры и времени отжига на температуры мартенситных превращений и механические свойства сплава Ti–50,7ат.%Ni с памятью формы

На сплаве с памятью формы Ti–50,7ат.%Ni в виде проволоки (после холодной деформации волочением при комнатной температуре) исследовано влияние температуры и времени рекристаллизационного отжига на характеристические температуры мартенситных превращений и механические свойства. Для указанного сплава рассмотрено 6 режимов последеформационного отжига при различных температуре и времени выдержки, в результате которых были получены структуры с различным размером рекристаллизованного зерна. Методом обратнорассеянных электронов (EBSD) был определен его размер и выявлено, что он увеличивается от 2,5 до 9 мкм при повышении как температуры отжига (600–700 °С), так и времени выдержки (0,5–5,0 ч). С помощью дифференциальной сканирующей калориметрии установлены характеристические температуры прямого и обратного мартенситных превращений. Установлено, что в результате роста размера рекристаллизованного зерна в 3 раза происходят снижение температуры начала прямого мартенситного превращения, а также расширение температурного интервала обратного мартенситного превращения. Результаты механических испытаний (на растяжение) при комнатной температуре свидетельствуют, что увеличение размера зерна приводит к уменьшению дислокационного и увеличению фазового пределов текучести. Определено, что дислокационный предел текучести определяется законом Холла–Петча, а фазовый – положением температуры испытания относительно температуры начала (или пика) прямого мартенситного превращения. При рекомендации режима термической обработки конкретных изделий следует учитывать эти два конкурирующих фактора, а также температуры обратного мартенситного превращения, отвечающие за температуры формовосстановления сплава.

1. Miyazaki S. My experience with Ti—Ni-based and Tibased shape memory alloys. Shap. Mem. Super. 2017. Vol. 3. P. 279—314 DOI:10.1007/s40830-017-0122-3.

2. Gunderov D., Prokoshkin S., Churakova A., Sheremetyev V., Ramazanov I. Effect of HPT and accumulative HPT on structure formation and microhardness of the novel Ti18Zr15Nb alloy. Mater. Lett. 2021. Vol. 283. Art. 128819. DOI: 10.1016/j.matlet.2020.128819.

3. Sheremetyev V., Petrzhik M., Zhukova Y., Kazakbiev A., Arkhipova A., Moisenovich M., Prokoshkin S., Brailovski V. Structural, physical, chemical, and biological surface characterization of thermomechanically treated Ti—Nbbased alloys for bone implants. J. Biomed. Mater. Res. Pt. B. Appl. Biomater. 2020. Vol. 108 (3). P. 647—662. DOI: 10.1002/jbm.b.34419.

4. Kudryashova A., Sheremetyev V., Lukashevich K., Cheverikin V., Inaekyan K., Galkin S., Prokoshkin S., Brailovski V. Effect of a combined thermomechanical treatment on the microstructure, texture and superelastic properties of Ti—18Zr—14Nb alloy for orthopedic implants. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 843. Art. 156066. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.156066.

5. Ryklina E., Korotitskiy A., Khmelevskaya I., Prokoshkin S., Polyakova K., Kolobova A., Soutorine M., Chernov A. Control of phase transformations and microstructure for optimum realization of one-way and two-way shape memory effects in removable surgical clips. Mater. Des. 2017. Vol. 136. P. 174—184. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.09.024.

6. Ryklina E.P., Khmelevskaya I.Yu., Prokoshkin S.D., Inaekyan K.E., Ipatkin R.V. Effects of strain aging on two-way shape memory effect in a nickel-titanium alloy for medical application. Mater. Sci. Eng. A. 2006. Vol. 438-440. P. 1093—1096.

7. Khmelevskaya I.Yu., Ryklina E.P., Prokoshkin S.D., Markossian G.A., Tarutta E.P., Iomdina E.N. A shape memory device for the treatment of high myopia. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 481-482 (1-2 C). P. 651—653.

8. Komarov V., Khmelevskaya I., Karelin R., Kawalla R., Korpala G., Prahl U., Yusupov V., Prokoshkin S. Deformation behavior, structure, and properties of an aging Ti—Ni shape memory alloy after compression deformation in a wide temperature range. JOM. 2021. Vol. 73(2). P. 620—629. DOI: 10.1007/s11837-020-04508-7.

9. Karelin R.D., Khmelevskaya I.Y., Komarov V.S., Andreev V.A., Perkas M.M., Yusupov V.S., Prokoshkin S.D. Effect of quasi-continuous equal-channel angular pressing on structure and properties of Ti—Ni shape memory alloys. J. Mater. Eng. Perform. 2021. Vol. 30 (4). P. 3096—3106. DOI: 10.1007/s11665-021-05625-3.

10. Belyaev S., Resnina N., Saveleva A., Glazova D., Pilyugin V. Influence of the grain size on the strain variation on cooling and heating of Ni50.2Ti49.8 alloy under stress. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 759. P. 778—784. DOI: 10.1016/j.msea.2019.05.061.

11. Belyaev S., Resnina N., Pilyugin V., Glazova D., Zeldovich V., Frolova N. Shape memory effects in Ti—50.2 at% Ni alloy with different grain size. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 706. P. 64—70. DOI: 10.1016/j.msea.2017.08.113.

12. Wang X., Li, C., Verlinden B., Van Humbeeck J. Effect of grain size on aging microstructure as reflected in the transformation behavior of a low-temperature aged Ti—50.8 at.% Ni alloy. Scripta Mater. 2013. Vol. 69 (7). P. 545—548. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2013.06.023.

13. Polyakova K.A., RyklinaE.P., Prokoshkin S.D. Effect of grain size and ageing-induced microstructure on functional characteristics of a Ti—50.7at.%Ni alloy. Shap. Mem. Super. 2020. Vol. 6 (1). P. 139—147. DOI: 10.1007/ s40830-020-00269-z.

14. Ryklina E.P., Polyakova K.A., Tabachkova N.Y., Resnina N.N., Prokoshkin S.D. Effect of B2 austenite grain size and aging time on microstructure and transformation behavior of thermomechanically treated titanium nickelide. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 764. P. 626—638. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.06.102.

15. Resnina N., Belyaev S., Pilugin V., Glazova D. Mechanical behavior of nanostructured TiNi shape memory alloy with different grain size. Mat. Tod.: Proc. 2017. Vol. 4 (3). P. 4841—4845. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.04.081.

16. Grishkov V.N., Lotkov A.I., Baturin A.A., Cherniavsky A.G., Timkin V.N., Zhapova D.Y. Effect of recrystallization annealing on the inelastic properties of TiNi alloy under bending. AIP Conf. Proc. 2016. Vol. 1783. Art. 020067. DOI: 10.1063/1.4966360.

17. Poletika T.M., Girsova S.L., Lotkov A.I. Ti3Ni4 precipitation features in heat-treated grain/subgrain nanostructure in Ni-rich TiNi alloy. Intermet. 2020. Vol. 127. Art. 106966. DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106966.

18. Ryklina E.P., Prokoshkin S.D., Chernavina A.A., Perevoshchikova N.N. Investigation on the influence of thermomechanical conditions of induction and structure on the shape memory effects in Ti—Ni alloy. Inorg. Mater. 2010. Vol.1 (3). P. 188—194. DOI: 10.1134/S2075113310030032.

19. Otsuka K., Wayman C. Shape memory materials. Cambridge: Cambridge University Press, 1998.

20. Demers V., Brailovski V., Prokoshkin S.D., Inaekyan K.E. Optimization of the cold rolling processing for continuous manufacturing of nanostructured Ti—Ni shape memory alloys. J. Mater. Process. Technol. 2009. Vol. 209. P. 3096—3105. 10.1016/j.jmatprotec.2008.07.016.

21. Valiev R.Z., Gunderov D.V., Lukyanov A.V., Pushin V.G. Mechanical behavior of nanocrystalline TiNi alloy produced by severe plastic deformation. J. Mater. Sci. 2012. Vol. 47. P. 7848—7853. DOI: 10.1007/s10853-012-6579-8.

22. Gunderov D., Churakova A., Lukyanov A., Prokofiev E., Pushin V., Kreitcberg A., Prokoshkin S. Features of the mechanical behavior of ultrafine-grained and nanostructured TiNi alloys. Mat. Today: Proc. 2017. Vol. 4(3). P. 4825—4829. DOI: 10.1016/j.matpr.2017.04.078.

23. Kashin O., Krukovskii K., Lotkov A., Grishkov V. Effect of true strains in isothermal ABC pressing on mechanical properties of Ti49.8Ni50.2 alloy. Metals. 2020. Vol.10 (10). Art. 1313. P. 1—13. DOI: 10.3390/met10101313.